Samostatný interdisciplínarny obor- BIOFYZCHEMAT BIOSENZORY Samostatný interdisciplínarny obor- BIOFYZCHEMAT

Definícia Biosenzor je analytický prístroj obsahujúci citlivý prvok biologického pôvodu, ktorý je buď súčasťou alebo v tesnom kontakte s fyzikálno-chemickým prevodníkom. Ten poskytuje priebežný signál, ktorý je priamo-úmerný jednej alebo niekoľkým chemickým látkam (funkčným skupinám) v skúmanej vzorke

Úvod a historické aspekty Redoxný potenciál prvé meranie pH polarografia spotreba kyslíku organizmami Leland C.Clark Jr.-prvá enzýmvá elektróda Bakteriálna bunka ako biomateriál rozvoj optoelektroniky

Princíp práce biosenzora

Biočasť Bioafinitná (lektín, protilátka, nukleová kyselina, receptor) Biokatalytická (enzým,organela, bunka, tkanivo, orgán, organizmus) Bioafinitná (lektín, protilátka, nukleová kyselina, receptor)

Prevodníky Elektrochemické Optické Piezoelektrické a akustické Kalorimetrické(termometrické)

Elektrochemické prevodníky Potenciometrické Konduktometrické Impedimetrické Amperometrické

Potenciometrické biosenzory Základom je zmena potenciálu na rozhraní elektródy s roztokom. Je vhodný na meranie koncentrácií iónov(použitie iónových selektívnych elektród ISE) _________________________________________ Použitie: kontrola kvality produktov a monitorovanie priemyslových procesov

Konduktometrické biosenzory Využívajú zmenu vodivosti(odporu) vzorky vyvolanú biochemickou reakciou. Sledovanie zmien pri biochemických procesoch vyžaduje produkciu alebo spotrebu iónov(hydrolázy) alebo iné zmeny, napr. zmenu veľkosti nabitých častíc(P,S, N) Využitie: stanovenie neutrálnych lipidov v biolog. tekutinách

Ampérometrické biosenzory Ako signál poskytujú elektrický prúd vzniknutý medzi elektródami pri konštantnom napätí pracovnej elektródy. Intenzita el. prúdu je závislá na prebiehajúcej biochemickej reakcii. Využitie: napr. stanovenie glukózy v krvi

Typy elektród pre amperometrické biosenzory Heterogénne uhlíkové elektródy Pastové uhlíkové elektródy Tlačené uhlíkové elektródy

Optické biosenzory Princípom je interakcia svetelného žiarenia s chemickými látkami. Meria sa intenzita absorpcie alebo emisie ako následok reakcie odohrávajúcej sa na povrchu biologického materiálu. Fotometrické, fluorimetrické, luminescenčné.

Piezoelektrické a akustické biosenzory Využívajú piezoelektrický jav, vibráciami kryštálu v elektrickom poli sa mení hrúbka kryštálu. Špecifické stanovenie sa dosiahne potiahnutím povrchu kryštálu vhodnou vrstvou bioelementu. Využitie: hlavne v oblasti zisťovania imunosenzorov*

Kalorimetrické biosenzory Využívajú meranie zmeny teplôt pri priebehu biochemickej reakcii. Prevodníkom je termistor. Málo využívané kvôli náročnému prístrojovému vybaveniu.

Biologické zložky a prevodníky využívané pri konštrukcii biosenzorov

Imobilizácia biologického materiálu Funkcia membrán Fyzikálna a chemická imobilizácia

a využitie membrán k zvýšeniu selektivity biosenzoru Schéma biosenzoru a využitie membrán k zvýšeniu selektivity biosenzoru

Druhy senzorov podľa biologickej zložky enzýmové mikrobiálne senzory s DNA imunosenzory biomimetické receptorové

Podmienky využitia v praxi a potrebné parametre biosenzorov Citlivosť Kalibrácia Linearita Limit detekcie Šum Signál pozadia Hysterézia Dlhodobá stabilita Selektivita Rýchlosť a doba odozvy Rýchlosť konvekcie Teplotná závislosť životnosť biosenzoru - biokompatibilita Priamy kontakt so vzorkou Uzavretá nádoba Prietokový systém

Konštrukcia biosenzorov a kritériá Nanotechnológie Sieťotlač Litografia Dostatočná selektivita, stabilita, opakovateľné použitie, nezávislosť reakcií prebiehajúcich v biosenzoroch na fyz. podmienkach, správna, presná, reprodukovateľná a lineárna odpoveď senzoru, ktorý by mal byť prenosný, lacný a teda ľahko použiteľný, či dostupný pre trh

Prax Vyžitie je extrémne široké: Potravinárstvo Klinická oblasť Medicínska oblasť Životné prostredie Vojenská a bezpečnostná oblasť

„Budúcnosť biosenzorov spočíva v schopnosti popustiť uzdu fantázii...“ EGGINS, B.: Biosensors – An Introduction. Wiley Chichester, 1996.